该剧是继央视动画独家授权卡通舞台剧——《新大头儿子和小头爸爸：生日的一天》之后，推出的品牌系列剧《新大头儿子和小头爸爸》系列第二部。讲述了小头爸爸在一次偶然的机会中，突然发现大头儿子每天晚上会在自己的房间里，研究制作一个神神秘秘的东西。经过和围裙妈妈一番探查后，神秘的机器人终被发现了。也从而在大头儿子的家里引发了一场风波。为了平息这场风波，急中生智的小头爸爸请来了孩子们的偶像--全能体育明星“哑铃侠”，也因此，哑铃侠揭开了大头儿子的秘密计划和神秘机器人的真正面纱。 

与此同时，同是为了和大头儿子一样的秘密计划，大头儿子的两个小伙伴“地瓜”和“棉花糖”也都各自发明创造了两个机器人，于是三个孩子围绕着哑铃侠、机器人、和他们的神秘计划展开了一连串精彩而快乐的故事。但是最终的秘密，却是深深埋藏在地瓜心里的愿望，地瓜的愿望究竟是什么？大头儿子和哑铃侠能否帮地瓜实现最大的心愿？那就让我们走进大头儿子系列第二部《新大头儿子和小头爸爸》之机器人一“看”究竟吧！